太阳后院的卫星揭开了星际尘埃的起源

9月. 9, 2021, 11 a.m.

科学家们利用美国国家航空航天局帕克太阳探测器的数据,收集了迄今为止最完整的关于太空尘埃云内部结构和行为的图片, 被称为黄道带云, 在整个太阳系中旋转. 他们在云中发现了三种尘埃种群. Most of the grains are being slowly pulled in toward the Sun (alpha-meteoroids); the second population is generated as grains in the swirling cloud collide, creating fragments so small 那 they are pushed out of the solar system in all directions by pressure from sunlight (beta-meteoroids); and a third group, 可能是由彗星碎片与前两个种群的颗粒相撞形成的“管”, 以独特的楔形分散开来.

流星和宇航员安全有什么共同之处?

两者都来自于在整个太阳系中发现的亚微观岩石碎片, 有时被称为星际尘埃.

当这些粒子与地球大气层相撞时, 他们创造的流星, 更广为人知的名字是流星, 当(通常)微观碎片蒸发并在空气中留下火焰痕迹时. 当它们与宇航员相撞时,会在宇航服上撞出洞——或者更糟. 因此,了解这些星际尘埃的来源和模式对NASA来说非常重要, 因为它计划登月任务, 火星和超越.

在绕太阳公转的过程中 帕克太阳探测器 宇宙飞船, 任务要 比太空历史上任何东西都更接近太阳, 被这些尘埃粒子轰击. 当撞上宇宙飞船时, 这些微小的颗粒——有些直径只有万分之一毫米——蒸发并释放出带电粒子云 检测到的字段, 一套用于探测电场和磁场的仪器.

本周发表在《lovebet体育官网》(Planetary Science Journal)上的两篇论文利用FIELDS的数据近距离观察了“黄道带云”,这些微小粒子的统称.

“每个太阳系都有黄道带云, 我们实际上是在探索并理解它是如何工作的说:“ 杰米Szalay他是加州大学的副研究员 天体物理科学 他是其中一篇论文的主要作者. “了解我们的黄道带云的演化和动力学将使我们更好地了解我们在其他太阳系看到的每一个黄道带观测.”

黄道带云以一种肉眼可以看到的方式散射阳光, 但只在非常黑暗的时候, 清晰的夜晚, 就像月光和城市的灯光都很容易超过它. 在太阳附近最厚,在太阳系边缘最薄, 黄道带云在肉眼看来是平滑的, 但是红外波长揭示了 明亮的条纹和丝带 可以追溯到它们的来源:彗星和小行星.

用帕克的前六个轨道的数据, 以及对太阳系内部粒子运动的计算机建模, SzAlay和他的同事解开了这些条纹和缎带,揭示了黄道带云中两种不同的尘埃种群:微小颗粒 非常缓慢地向太阳旋转 经过了几千到几百万年, known as alpha-meteoroids; and then, 随着漩涡云的密度越来越大, 较大的颗粒相互碰撞,产生越来越小的碎片,称为beta流星体 随后被阳光的压力推离太阳.

是的,阳光.

而且还不止一点点. “当碎片变得足够小的时候, 辐射压力——太阳光——实际上强大到足以把它吹出太阳系,Szalay说:.

在地球和火星之间的区域,专门的航天器灰尘测量多次报告了这种微小颗粒的存在, 但从未在这些粒子被认为是起源的太阳系内部出现过,哈拉尔德Krüger说, a z马克斯·普朗克太阳系研究所的尘埃专家,也是萨拉伊论文的合著者. “因此, FIELDS仪器提供了一个新的窗口来研究这些由太阳光线驱动的尘埃颗粒靠近它们的源区域.”

FIELDS还检测到一个狭窄的粒子流,似乎是从一个离散的源释放出来的, 形成了黄道带尘埃云的精细结构. 为了理解这第三部分, Szalay回顾了黄道带尘埃的起源:彗星和小行星.

彗星,充满尘埃的雪球,沿着长长的椭圆形轨道在我们的太阳系中运行,喷射出c当它们接近太阳时,大量的尘埃开始蒸发它们的冰和干冰. 在火星和木星之间围绕太阳运行的大大小小的小行星释放出dus当它们相互碰撞时. 有些颗粒会从任何方向脱落, 但大多数都被困在了母体的轨道上, Szalay解释, 这意味着在数千个轨道中, 彗星的轨迹更像一条砾石路,而不是一条有一个闪亮的球体和一条明亮的轨迹的空路. (超过数百万轨道, 颗粒会分散到轨道之外, 与黄道带背景云融合.)

Szalay将这些布满灰尘的路径称为彗星或小行星碎片的“管”. “如果地球在任何地方穿过这个管道,我们就会看到流星雨,”他说.

他推测帕克太阳探测器可能穿过了其中一个. “也许有一个密集的管子,我们无法通过其他方式观察到,除非帕克真的飞过并被它喷砂,”他说.

但是离帕克路径最近的管道似乎没有足够的材料来引起数据峰值. 因此Szalay提出了另一种理论. 也许是其中一个流星体管——最有可能是双子座, 每年12月都会导致地球上最强烈的流星雨之一——高速撞击内部黄道带云本身. 管和黄道带尘埃之间的碰撞可能会产生大量的β流星体,它们不会向随机的方向发射, 而是专注于狭窄的路径.

“我们称之为‘beta流’,这是对该领域的新贡献,”Szalay说. “这些beta流被认为是所有环绕恒星的行星盘的基本物理过程.”

“这篇文章的一个重要方面是,帕克太阳探测器是第一个如此接近太阳的航天器,它穿透了相互粒子碰撞最频繁的区域,Petr Pokorný说, 美国国家航空航天局和美国天主教大学的黄道带云模型, 谁是合著者 Szalay的论文. “相互粒子碰撞不仅在我们的太阳系中很重要,在所有太阳系外系统中都很重要. 本文为建模社区提供了一个独特的视角来了解这个以前未知的领域.”

“帕克实际上经历了它自己的流星雨,”Szalay说. “它要么是通过其中一个材料管,要么是通过beta流.”

安娜·普萨克也发现了这条小溪, 然后在科罗拉多大学博尔德分校读本科. “我在数据中看到了这个楔形的形状, 和我的导师, 大卫Malaspina, 建议我把这份工作介绍给杰米,”她说. “楔形的形状似乎表明有强烈的浪花, 或者杰米在他的新模型中称之为beta流, 小粒子以非常定向的方式撞击宇宙飞船. 这对我来说是不可思议的, 将我分析的数据与美国另一边的理论工作联系起来. 一个年轻的科学家, 它真的激发了所有的兴奋和合作工作的可能性.”

Pusack是与Szalay联合发表的论文的主要作者. “这些文件确实是密切相关的,”她说. “数据支持模型,模型帮助解释数据.”

这对我们理解黄道带云是一个巨大的贡献, 更广阔的近太阳尘埃环境, 以及对美国宇航局帕克太阳探测器任务的尘埃风险说:“ 大卫·麦科马斯, 教授 天体物理科学 lovebet体育官网的副校长 love爱博体育app下载等离子体物理实验室,谁是 IS首席研究员ʘIS这是帕克太阳探测器上的另一个仪器 星际测绘与加速探测器(IMAP))任务. 

"黄道带内部的碰撞演化“J.R. Szalay P. Pokorny D.M. Malaspina,. Pusack,年代.D. 贝尔,K. Battams L.C. Gasque K. Goetz, H. 克鲁格,D.J. 麦科马斯,N.A. Schwadron, P. 斯特鲁布,于9月出版. 《lovebet体育官网》 10.3847 / PSJ / abf928). 这项研究得到了美国宇航局(NASA)的支持, 80NSSC21K0153)和欧洲航天中心(4000106316/12/NL/AF - IMEX).
"帕克太阳探测器探测到的尘埃方向性和异常星际尘埃群”. Pusack D.M. Malaspina J.R. Szalay年代.D. 贝尔,K. Goetz, R.J. MacDowall,米. pulpa,于9月出版. 《lovebet体育官网》 10.3847 / PSJ / ac0bb9). 帕克太阳探测器上的FIELDS实验是根据NASA合同NNN06AA01C设计和开发的.

正在进行的任务更新,包括 帕克太阳探测器现在在哪里,请浏览 官方任务页面.